康 銘，孫云博

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 712000)

1 工程概況

西安市輞川河引水李家河水庫(kù)樞紐工程位于藍(lán)田縣輞川河中上游的李家河村附近，是一個(gè)以供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電的綜合性中型(Ⅲ)等水利樞紐工程［1］。設(shè)計(jì)壩型為碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高98.5 m，壩頂寬8 m，壩底寬31 m，壩頂弧長(zhǎng)351.71 m。設(shè)計(jì)正常蓄水位高程880 m，總庫(kù)容5 500萬(wàn)m3，水庫(kù)建成后與已建岱峪水庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié)供水，設(shè)計(jì)年供水能力7 669萬(wàn)m3，可以緩解西安市中心區(qū)洪慶和紡織城、閻良區(qū)缺水問(wèn)題。

2 壩基(肩)開(kāi)挖揭示工程地質(zhì)條件

壩基徑向開(kāi)挖，采用預(yù)裂爆破法，并設(shè)置減震孔，減少爆破對(duì)壩基巖體的損傷。壩基河床建基面設(shè)計(jì)高程785.5 m，左、右岸拱座斜坡785.5 ～884 m，高 98.5 m，開(kāi)挖總坡比約為1∶1～1∶1.5。拱肩槽上下游邊坡采取分級(jí)開(kāi)挖，開(kāi)挖坡比 1∶0.2 ～1∶0.3，并于高程 800 m、815 m、830 m、845 m、860 m、875 m、890 m 設(shè)置寬 2～3 m馬道。

壩基開(kāi)挖于2010年8月開(kāi)始，2011年7月結(jié)束，歷時(shí)11個(gè)月。開(kāi)挖揭示的壩基(肩)工程地質(zhì)條件如圖1、圖2。

(1)巖性為中粗?；◢弾r［2］，其中右壩肩801～813 m高程夾厚約35 m的中細(xì)?；◢弾r，并夾有薄層的輝綠石巖脈及石英巖脈。巖體左壩肩875 m高程以上弱風(fēng)化，以下微風(fēng)化為主，右壩肩863 m高程以上弱風(fēng)化，以下微風(fēng)化為主;壩基巖體局部受構(gòu)造影響，巖體風(fēng)化程度加劇，完整性變差。

(2)構(gòu)造。壩基開(kāi)挖揭示12條小斷層，裂隙較發(fā)育，斷層和裂隙特征如下:

① 斷層 走向以NE向?yàn)橹?，NW向次之，正斷層為主，逆斷層和平移次之，斷層規(guī)模較小，傾角高，斷層帶寬度5～20 cm，充填斷層泥、角礫及碎裂巖，斷面平直或起伏光滑。代表性主要斷層f1，正斷層，走向75°，傾向NW，傾角 75°～80°，寬度 10～30 cm，充填斷層泥、角礫及碎裂巖，面起伏光滑，貫穿左右岸。

②裂隙 裂隙主要發(fā)育四組，走向以NW向?yàn)橹?，高傾角，剪性，一般張開(kāi)寬度2～5 mm，充填巖粉、巖屑綠泥石，長(zhǎng)度＞10 m，面平直光滑或粗糙;緩傾角一般閉合，部分受風(fēng)化、地下水作用影響形成風(fēng)化夾層，寬度10～30 cm，充填全—強(qiáng)風(fēng)化巖塊及砂礫，面直粗糙，延伸遠(yuǎn)，連通性好。裂隙局部發(fā)育呈密集帶，構(gòu)成壩基破碎巖體，降低巖體的強(qiáng)度及抗?jié)B性;緩傾角的J1組風(fēng)化夾層和f1組合構(gòu)成右壩肩865 m以上滑移體，對(duì)壩肩穩(wěn)定及抗?jié)B不利。

圖1 李家河水庫(kù)大壩壩基(肩)地質(zhì)編錄平面簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch for geological logging of the foundation and abutment in Lijiahe Reservoir Dam

(3)地下水。兩岸壩基地下水為具明顯不對(duì)稱(chēng)性，左低右高，左壩肩843～850 m高程，右壩肩865～872 m高程。河床壩基三處地下水出露高程787.7 m、790.5 m和797.5 m。沿?cái)鄬訋Ъ傲严兑韵陆等獫B流，Q單≈0.03 ～0.05 L/s。

(4)建基面地質(zhì)條件與勘察資料基本吻合，但也存在一定的變化，主要是斷層特征變化。如f1斷層性狀變差，規(guī)模略增，因其出露于壩肩較高部位，受風(fēng)化、卸荷影響;f2、f4、f9、f21斷層建基面為裂隙式，斷層向下部延伸進(jìn)入為微風(fēng)化巖體，性狀變好。壩基河床新發(fā)現(xiàn)的sf3、sf4、sf5斷層規(guī)模較小，為近乎順河向，處于河床覆蓋層以下，勘察不易發(fā)現(xiàn)。新發(fā)現(xiàn)的J1組風(fēng)化夾層順坡向發(fā)育埋深大，勘察不易發(fā)現(xiàn)。

3 壩基巖體的質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)開(kāi)挖的建基面地質(zhì)進(jìn)行編錄及彈性波速測(cè)試，對(duì)河床壩基sf3-sf5斷層交匯破碎巖體及右壩肩865 m高程以上滑移體進(jìn)行了地質(zhì)補(bǔ)充勘察工作。結(jié)合物探測(cè)試成果及前期勘察資料，依據(jù)《GB 50487—2008》規(guī)范進(jìn)行巖體質(zhì)量復(fù)核評(píng)價(jià)。

3.1 地質(zhì)編錄

圖2 壩軸線工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 The geological section of dam axis engineering

壩基(肩)建基面地質(zhì)編錄采用大比例尺儀器測(cè)繪，重點(diǎn)是巖性分界線、風(fēng)化、卸荷巖體范圍、斷層裂隙空間分布及性狀特征、破碎巖體分布、不穩(wěn)定塊體分布、爆破松動(dòng)體分布范圍，編錄總面積約11 090 m2，編錄主要內(nèi)容見(jiàn)圖1。

壩基(肩)巖體以微風(fēng)化—新鮮為主，局部斷層影響帶及865 m高程以上分布弱風(fēng)化巖體，裂隙總體呈稍發(fā)育—不發(fā)育，局部呈密集帶型，巖體較完整—完整，以塊狀—整體狀結(jié)構(gòu)為主，局部斷層交匯部位和裂隙密集帶呈碎塊狀結(jié)構(gòu)。壩基(肩)巖體分類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 壩基(肩)巖體分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表Table 1 The classification of rock masses at the dam foundation(abutment)

3.2 巖體表面地震彈性波測(cè)試

壩基建基巖體表面布置網(wǎng)狀地震彈性波剖面線，縱測(cè)線間距8 m，橫測(cè)線間距6～9 m，共布置地震彈性波速測(cè)試剖面78條，合計(jì)1.934 km。根據(jù)各測(cè)線所測(cè)縱波速值對(duì)巖體進(jìn)行質(zhì)量分區(qū)，分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為:Ⅰ區(qū)縱波速度Vp＜3 000 m/s;Ⅱ區(qū)3 000≤Vp＜3 600 m/s;Ⅲ區(qū)3 600≤Vp＜4 000 m/s;Ⅳ區(qū)4 000≤Vp＜4 500 m/s;Ⅴ區(qū)Vp≥4 500 m/s。巖面波速測(cè)試成果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)成果表分析，說(shuō)明開(kāi)挖壩基整體865 m高程以上以Ⅲ、Ⅳ區(qū)為主，合格比例為63%，865 m高程以下以Ⅳ、Ⅴ區(qū)為主，合格比例56%。

3.3 跨孔聲波測(cè)試

在巖面波速測(cè)試分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)編錄資料，進(jìn)行跨孔聲波測(cè)試，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)由4個(gè)孔組成，孔距1 m，單孔深均為12 m。測(cè)試點(diǎn)布孔原則為:

(1)對(duì)壩基巖體中巖面縱波速度Vp＞4 500 m/s，跨孔測(cè)試點(diǎn)按16 m×16 m間距布設(shè)。

(2)對(duì)壩基巖體中巖面波速Vp＜4 500 m/s的建基面，按8 m×8 m間距布置跨孔測(cè)試點(diǎn)，局部構(gòu)造及斷層破碎帶可視情況適當(dāng)增加測(cè)試點(diǎn)。

在壩基(肩)建基面總面積約11 090 m2范圍內(nèi)進(jìn)行了98個(gè)點(diǎn)跨孔測(cè)試，通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)資料分析總結(jié)如下3點(diǎn):

表2 壩基(肩)巖體表面波速分區(qū)成果表Table 2 The results for divisions of wave velocity on rock mass surfaces at the dam foundation(abutment)

①爆破松動(dòng)層 在開(kāi)挖面以下普遍存在0.2～2.4 m，Vp=1 940 ～3 992 m/s，變模值 E0為 3.0 GPa，巖體工程地質(zhì)分類(lèi)為AⅣ類(lèi)，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

②斷層影響及斷層交匯帶破碎巖體 受斷層影響，巖體破碎，風(fēng)化層深度加大，工程性能變差。強(qiáng)風(fēng)化縱波速度平均值 Vp=2 730 m/s，KV=0.17，變模值E0為1.5 ～2.3 GPa，工程地質(zhì)分類(lèi)為 AⅣ類(lèi)，弱風(fēng)化縱波速度平均值 Vp=3 671 m/s，KV=0.42，工程地質(zhì)分類(lèi)為 AⅢ類(lèi)，變模值E0為2.5～5 GPa，AⅢ類(lèi)和AⅣ類(lèi)均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

③下部巖體 建基面表層爆破松動(dòng)層及局部構(gòu)造破碎巖體以下為微風(fēng)化巖體，縱波速度平均值Vp=4 679 ～4 779 m/s，KV=0.67 ～0.80，工程地質(zhì)分類(lèi)為AⅡ類(lèi)，變模值E0為15 GPa;弱風(fēng)化縱波速度平均值Vp=3 640 m/s，KV=0.57，工程地質(zhì)分類(lèi)為 AⅢ類(lèi)，變模值E0為10 GPa，微、弱風(fēng)化均可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

4 壩基(肩)建基面存在的工程地質(zhì)問(wèn)題

4.1 工程地質(zhì)問(wèn)題

(1)f1斷層深切右壩肩巖體，為側(cè)滑面，J1組風(fēng)化夾層為底滑面，組合構(gòu)成右壩肩865 m高程以上滑移體，體積V=60 692 m3，存在壩肩不穩(wěn)定、變形及滲漏三大地質(zhì)問(wèn)題。

(2)sf4和 sf5斷層交匯處破碎巖體，S=175 m2，h=8 m，工程地質(zhì)分類(lèi)為AⅢ2類(lèi)，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

(3)f1、f8、sf3、sf4斷層影響帶，巖體較破碎—破碎，巖石強(qiáng)度低，存在壓縮變形及滲漏問(wèn)題，巖體為AⅢ2類(lèi)［3］，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

(4)受緩傾角和高傾角裂隙切割，爆破開(kāi)挖影響，建基面存在多個(gè)區(qū)域的爆破松動(dòng)層，P＜3 000 m/s，不利于壩基抗滑穩(wěn)定，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)建基要求。

4.2 工程地質(zhì)問(wèn)題研究

壩基(肩)建基面形成后進(jìn)行地質(zhì)編錄，對(duì)壩基存在的重要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行初步分析判定:①對(duì)右壩肩的f1斷層及J1組風(fēng)化夾層組合體進(jìn)行專(zhuān)題補(bǔ)充勘察研究，查明了f1斷層與J1組風(fēng)化夾層的分布規(guī)模、產(chǎn)狀、性狀及其組合關(guān)系，提出了f1斷層與J1組夾層的結(jié)構(gòu)面抗剪、抗剪斷參數(shù)建議值，為設(shè)計(jì)處理提供了依據(jù)。②對(duì)河床sf3、sf4、sf5、sf6所限部位分布的強(qiáng)—弱風(fēng)化破碎巖體，進(jìn)行補(bǔ)充勘察地質(zhì)鉆孔3個(gè)，孔深控制在固結(jié)灌漿孔深以下3 m(孔深15 m)，鉆孔揭示，強(qiáng)風(fēng)化巖厚度1.8～2.0 m，巖體較破碎，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化巖厚度5.0～6.0 m，巖體完整性差，呈次塊狀結(jié)構(gòu)，6.8～8.0 m以下為微風(fēng)化巖體，壓水試驗(yàn)值q=17～27 Lu，屬中等透水性。

5 設(shè)計(jì)要求及壩基(肩)工程地質(zhì)缺陷處理

壩基(肩)設(shè)計(jì)建基要求:865 m高程以上弱風(fēng)化AⅢ類(lèi)，巖體縱波速Vp＞3 600 m/s;865 m高程以下微風(fēng)化AⅡ類(lèi)，巖體縱波速Vp＞4 000 m/s。壓水試壓值q＜3 Lu。

5.1 一般壩基處理

(1)對(duì)壩基(肩)巖體進(jìn)行建基面以下2 m無(wú)蓋重固結(jié)灌漿，孔距3 m，排距3 m，入巖12 m，通過(guò)固結(jié)灌漿處理后，865 m高程以上巖體縱波速Vp＞3 600 m/s，以下＞40 000 m/s，壓水試壓值q均＜3 Lu，質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)受爆破影響產(chǎn)生的爆破松動(dòng)巖體及沿緩傾角裂隙已明顯張開(kāi)分離的巖塊采用人工撬挖或者鑿巖機(jī)進(jìn)行清除，對(duì)未明顯松動(dòng)張開(kāi)的采取錨固加固處理，深度4.5 m，并進(jìn)行有蓋重引管固結(jié)灌漿處理。

(3)對(duì) sf1、sf2、f8、f21、f9斷層帶按規(guī)范要求進(jìn)行人工掏挖處理，并用高壓水沖洗干凈，在斷層上盤(pán)一定范圍增設(shè)固結(jié)灌漿處理措施;sf3、sf4斷層及影響帶采用人工挖除，深度為斷層帶+影響帶寬度的1～1.5倍，對(duì)斷層處理槽采用砼回填處理，并在斷層上、下盤(pán)一定范圍加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理措施，灌后聲波及壓水指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5.2 特殊壩基處理

(1)對(duì)河床壩基 sf3、sf4、sf5、sf6所限部位面積 175 m2，深度8 m，中等透水性處理:①對(duì)表部松動(dòng)及破碎巖體進(jìn)行人工挖除換填砼處理，挖除深度一般控制在2.0 m左右(依據(jù)地勘鉆孔揭露和聲波測(cè)試結(jié)果);②對(duì)下部未能挖除的較破碎巖體加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理措施，深度12 m，在原系統(tǒng)固灌基礎(chǔ)上加密一倍，處理后聲波及壓水指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)右壩肩PD7探洞周?chē)牧严睹芗扑閹幚?①人工撬挖清除該區(qū)范圍表部破碎、松動(dòng)巖塊;②對(duì)基礎(chǔ)下步未能清除的較破碎巖體，在原系統(tǒng)固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上加密一倍固結(jié)灌漿處理措施，深度12 m，灌后聲波及壓水值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5.3 右壩肩抗滑不穩(wěn)定體處理

J1組風(fēng)化夾層在拱肩槽揭露兩條:J1－1和 J1－2。J1－1夾層在拱肩槽出露總長(zhǎng)度約105 m，上游邊坡約20 m，壩基約13 m，下游邊坡約72 m。在壩軸線出露高程876 m，在拱肩槽上游邊坡875 m高程以下為裂隙狀，下游邊坡847 m高程以下為裂隙狀。f1斷層為側(cè)滑面，J1－1風(fēng)化夾層為第一底滑面，J1－2風(fēng)化夾層為第二底滑面，下游岸坡與 f1斷層、J1－1和 J1－2風(fēng)化夾層組成了右岸860 m高程以上巖體可能產(chǎn)生滑移的空間，故右壩肩存在抗滑問(wèn)題，見(jiàn)圖2。結(jié)構(gòu)面地質(zhì)參數(shù)建議值:f1斷層 c=0.05 MPa，f=0.2;J1組風(fēng)化夾層 c=0.08 MPa，f=0.38［4］。設(shè)計(jì)根據(jù)地勘成果對(duì)滑移體進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，結(jié)果基本組合為 1.91，特殊組合1.61［5］，安全系數(shù)都不滿(mǎn)足《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 282—2003)中的安全系數(shù)要求(基本組合＞3.0，特殊荷載組合＞2.5)，須進(jìn)行加固處理措施。設(shè)計(jì)處理方案經(jīng)過(guò)比較論證，最后確定采用置換、擋墻、錨索、加強(qiáng)固結(jié)灌漿等工程處理措施。f1斷層置換處理:沿?cái)鄬觾A向開(kāi)挖深度為斷層與J1－1夾層交線以下1 m，在壩軸線處深度8.5 m(高程875.5 m)，沿?cái)鄬幼呦蜷_(kāi)挖長(zhǎng)度約22 m，開(kāi)挖坡比1∶0.3。對(duì) f1斷層上、下盤(pán)加強(qiáng)固結(jié)灌漿4排，間排距1.5 m，梅花型布置，深度20 m，鉆孔角度同斷層傾角，灌后聲波檢測(cè)值及壓水試驗(yàn)值均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在壩體下游5～32 m，高程871～884 m范圍(施工開(kāi)挖便道)采用鋼筋砼擋墻，布設(shè)24根2 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，深度30～40 m，以深入J1－2風(fēng)化夾層下部完整基巖，處理后安全系數(shù)K基本組合3.73，特殊組合3.52，安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求(見(jiàn)參考文獻(xiàn)［5］)。

5.4 設(shè)計(jì)防滲要求及工程處理

壩基(肩)防滲設(shè)計(jì)要求:在884 m高程灌漿平洞、壩頂、843 m高程平洞(廊道)及802.5 m高程平洞(廊道)進(jìn)行單排灌漿，河床建基面785.5 m高程以下深度40 m，灌漿孔距均2 m。在884 m、802.5 m高程平洞(廊道)內(nèi)通過(guò)搭接實(shí)現(xiàn)上下帷幕的銜接，搭接采用三孔，孔距0.7 m，排距2 m。灌后壓水試壓值q＜3 Lu。

5.5 一般處理

壩基防滲處理帷幕灌漿，884 m高程以下灌漿單排509個(gè)孔，孔距2 m，總進(jìn)尺13 467.80 m。布設(shè)檢查孔45個(gè)，共277 段壓水，q=0.53～2.80 Lu，＜3 Lu，質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5.6 特殊處理

(1)f1斷層處理:延長(zhǎng)右壩肩843 m高程灌漿洞6 m帷幕線，穿越f1斷層上盤(pán)破碎巖體，增加5個(gè)帷幕孔，孔距2 m，孔深40 m，灌后壓水試驗(yàn)值 q=1.68～2.15 Lu，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(＜3 Lu)。

(2)對(duì)sf3和sf4斷層及影響帶破碎中等透水性巖體，在原設(shè)計(jì)帷幕線上、下游各增加一排帷幕灌漿孔，孔距2 m，深度40 m，灌后壓水試驗(yàn)值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

李家河水庫(kù)大壩壩基(肩)巖體，875 m高程以下以微風(fēng)化為主，巖體強(qiáng)度高，完整性好，巖體質(zhì)量為較好AⅡ類(lèi)，可滿(mǎn)足100 m高拱壩的建基要求。對(duì)局部存在的風(fēng)化破碎巖體、爆破松動(dòng)巖體、小斷層進(jìn)行常規(guī)開(kāi)挖回填砼處理;對(duì)河床sf3-sf5斷層交匯帶破碎巖體及右壩肩J1組滑移體特殊處理，壩基質(zhì)量完全滿(mǎn)足高拱壩建基要求。通過(guò)各勘察階段對(duì)大量資料的分析論證，認(rèn)為壩基巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)是合理的，為設(shè)計(jì)提供了科學(xué)、合理的地質(zhì)參數(shù)，可作為同類(lèi)工程參考和借鑒。

［1］ 陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.西安市輞川河引水李家河水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.西安:陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009.

［2］ 陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院.西安市輞川河引水李家河水庫(kù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.咸陽(yáng):陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院，2009.

［3］ 中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)和住房建設(shè)部.GB 50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［4］ 陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院.西安市輞川河引水李家河水庫(kù)右壩肩J1組風(fēng)化夾層工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.咸陽(yáng):陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院，2013.

［5］ 陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.西安市輞川河引水李家河水庫(kù)工程右壩肩J1組風(fēng)化夾層處理方案計(jì)算書(shū)［R］.西安:陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2014.